Le bilan au sol se ferme-t-il ? — exercice corrigé d'enseignement scientifique (première) (chapitre 5)

Le bilan au sol se ferme-t-il ?

Le bilan radiatif terrestre · niveau 2

Énoncé

Au niveau de la surface, en moyenne planétaire, on relève les flux suivants, en W $\cdot$ m $^{- 2}$ : rayonnement solaire absorbé $160$ ; rayonnement infrarouge reçu de l'atmosphère $342$ ; rayonnement infrarouge émis par le sol $398$ ; chaleur emportée par l'évaporation $82$ ; chaleur emportée par convection et conduction $21$ . 1. Calculer le total reçu et le total perdu. 2. Conclure sur l'état d'équilibre. 3. Vérifier que les deux rayonnements reçus sont du même ordre de grandeur. 4. Que se passerait-il si l'on supprimait d'un coup le rayonnement infrarouge atmosphérique ?

Corrigé

1. Reçu : $160 + 342 = 502$ W $\cdot$ m $^{- 2}$ . Perdu : $398 + 82 + 21 = 501$ W $\cdot$ m $^{- 2}$ .

2. Le bilan n'est pas nul : il reste $+ 1$ W $\cdot$ m $^{- 2}$ en excédent. L'équilibre est donc presque atteint, à un watt près sur cinq cents, soit deux pour mille. Ce résidu n'est pas une erreur d'arrondi : c'est l'excédent énergétique actuel de la planète, qui va très majoritairement dans le réchauffement des océans.

3. $160$ et $342$ : tous deux entre $100$ et $1000$ , donc du même ordre de grandeur, celui de la centaine de watts par mètre carré. Le rapport n'est que de $2, 1$ .

4. La surface ne recevrait plus que $160$ W $\cdot$ m $^{- 2}$ tout en continuant d'émettre $398 + 82 + 21 = 501$ W $\cdot$ m $^{- 2}$ : un déficit colossal de $341$ W $\cdot$ m $^{- 2}$ . Elle se refroidirait très vite, jusqu'à une nouvelle température d'équilibre. C'est exactement la situation de la colonne « sans atmosphère » de la figure : $- 18^{\circ}$ C, et encore, en supposant l'albédo inchangé — la glace le ferait monter, et la température descendrait plus bas encore.